So variabel wie möglich

Seit einigen Jahren ist es gängige Praxis, dass Fertigungsbetriebe und auch Werkzeugmaschinenhersteller einen Werkzeughersteller damit beauftragen, die Erstausrüstung einer Maschine oder die Komplettbearbeitung eines neuen Werkstücks werkzeugtechnisch zu planen und in die Praxis umzusetzen. Im Rahmen eines solchen Projekts hat JEL ein Bearbeitungszentrum mit allen Werkzeugen ausgerüstet, die zur vollständigen Bearbeitung von Gehäusedeckelvarianten notwendig waren.

Bei der Neuauflage eines Werkstücks mit umfangreicher Bearbeitung stellt sich für einen Fertigungsbetrieb stets die Frage, in welcher Weise das Teil bearbeitet werden soll und welche Werkzeuge notwendig sind, um das Teil kostengünstig zu fertigen. Denn die Werkzeugbelegung in Verbindung mit der technologischen Planung ist oft entscheidend, ob ein Fertigungsbetrieb das entsprechende Werkstück wirtschaftlich fertigen kann. Ähnlich verhält es sich bei Werkzeugmaschinenherstellern, die aus Personalgründen externe Fachkompetenz von Werkzeugherstellern in Anspruch nehmen, um die Erstausrüstung einer neuen Maschine optimal für den Anwender zu gestalten.
Inzwischen ist das Hereinholen externer werkzeugtechnischer Kompetenz ein wichtiger Produktionsfaktor geworden, da er dem Fertigungsbetrieb und dem Werkzeugmaschinenhersteller Personalkosten sparen hilft. Außerdem hat der Auftraggeber in allen Phasen des Projekts nur einen Ansprechpartner. Bei Eigenplanung muss er stets mit mehreren Gesprächspartnern verhandeln, da sich eine komplexe Komplettbearbeitung in der Regel nicht mit den Werkzeugen nur eines Werkzeugherstellers optimal durchführen lässt. Zudem müssen immer mehrere Angebote verschiedener Werkzeughersteller eingeholt werden. Insgesamt ist es für den Auftraggeber ein großer Zeitgewinn, wenn er für die Ausstattung einer Maschine nur den mit der Planung beauftragten Werkzeughersteller als einzigen Gesprächspartner hat. Im folgenden wird dargelegt, unter welchen Gesichtspunkten die komplette Werkzeugauslegung für die Bearbeitung von Gehäusedeckeln vorgenommen wird.
Für die Bearbeitung von vier Varianten eines Gehäusedeckels aus einer gut zerspanbaren Aluminiumlegierung mit weniger als 10 Prozent Silizium sollte die JEL Präzisionswerkzeuge GmbH für ein vom Fertigungsbetrieb neu erworbenes Bearbeitungszentrum ein günstiges Fertigungskonzept entwickeln. Eine weitere Vorgabe war, die Anzahl der Werkzeuge im Werkzeugmagazin der Maschine und die Werkzeugkomponenten in der Bevorratung sowie die Werkzeugwechselzeiten zu minimieren. Insgesamt acht Werkstücke sollten gleichzeitig auf einer Spannvorrichtung aufgespannt und nacheinander bearbeitet werden.
Die Gehäusedeckel haben keine größeren Angüsse. Die Randfläche der Unterseite ist als Dichtfläche plan zu bearbeiten. Weiter sind auf der Unterseite zwei längliche Taschen zu bearbeiten und zwei kleine Gewindesackbohrungen einzubringen. Auf der Oberseite sind bis zu fünf und an drei Seiten je nach Belegung bis zu drei große Gewindebohrungen her-zustellen. Zusätzlich sind auf der Oberseite bis zu acht Befestigungsbohrungen einzubringen. Alle Bohrungen und Gewindebohrungen haben senkrecht zur Bohrungsachse stehende Ansenkungen, die unterschiedlich im Durchmesser sind.
Die Anschlüsse sind je nach Werkstückvariante teilweise an der gleichen Stelle, teilweise lageverschoben. Bei einer Variante sind zwei große Gewindebohrungen gegenüber der Deckelgrundfläche geneigt. Einzelne Befestigungsbohrungen und auch Gewindebohrungen sind nur von Fall zu Fall belegt, das heißt, nicht belegte Löcher werden dann nicht gebohrt. Daher sind keine der großen Bohrungen vorgegossen. Unabhängig von ihrer Lage haben alle großen Gewinde eine einheitliche Steigung von 1,5 mm, auch diejenigen, in die zur Gewindeverstärkung ein Stahldraht-Einsatzgewinde eingeschraubt wird. Die 1,5 mm große Gewindesteigung lässt sich gut durch zirkulares Gewindefräsen erzeugen.
Die großen Gewinde sind in vier met-rischen Größen herzustellen: M14 x 1,5; M16 x 1,5; M18 x 1,5 und M26 x 1,5. Das M26-Gewinde ist einmal in der Normalgröße M26 x 1,5 und zum anderen in der Größe EG M26 x 1,5 für ein Einsatzgewinde auszuführen. Eigentlich könnten alle Gewinde mit der 1,5 mm großen Steigung mit einem einzigen Gewindefräser hergestellt werden. Da die Kernbohrungen in unterschiedlicher Größe ins Volle eingebracht werden müssen und mit dem Werkzeug in einem Bearbeitungsablauf auch die zugehörige Plansenkung ausgeführt wird, ist für jede Gewindegröße und jede Gewindetiefe ein eigener Bohrgewindefräser nötig.
Um möglichst variabel sein zu können, wurden für die großen Gewindebohrungen variable Bohr- und Gewindefrässysteme (Vabos) mit dem entsprechenden Bohrgewindefräser und den zugehörigen Senk-/Fasschneidplatten bestückt. Die Bohrgewindefräser bestehen aus einem Bohrerteil und dem Gewindefräserteil. Je eine Senkschneidplatte und eine Fasschneidplatte sind in die jeweilige Plattenaufnahme des Vabos-Grundhalters eingesetzt und mit Torx-Schrauben verschraubt. Insgesamt stehen sieben mit Bohrgewindefräsern bestückte Vabos-Werkzeuge für die vier Werkstückvarianten zur Verfügung. Die Bohrerteile der eingesetzten Bohrgewindefräser haben die Durchmesser 12,5, 14,5, 16,5, 24,5 und 26,5 mm. Damit können die metrischen Gewinde M14 x 1,5, M16 x 1,5, M18 x 1,5, M26 x 1,5 und EG M26 x 1,5 durch zirkulares Fräsen hergestellt werden.
Für das Bohren der Befestigungsbohrungen werden drei Vabos-Werkzeuge verwendet, die mit je einem zweischneidigen Bohrer mit geraden Nuten und zwei Senkschneidplatten bestückt sind. Das Überfräsen der Grundfläche erfolgt mit einem PKD-bestückten Stirneckfräser mit einem Durchmesser von 125 mm. Die unterseitigen Taschen werden mit einem PKD-bestückten 20-mm-Schaftfräser bearbeitet. Je ein Gewinde- und ein Bohrgewindefräser M6 ist in einem normalen Bohrfutter eingespannt, ebenso ein Stufenbohrer und ein langer Bohrer zum Bohren der in einem Anguss auf der Oberseite des Gehäusedeckels liegenden Querbohrung. Diese Werkzeuge sind mit Gehäuseschäften ausgestattet. Als letztes Werkzeug dient ein Maschinengewindebohrer mit zentraler Kühlschmierstoffzufuhr zum konventionellen Einbringen der beiden auf der Unterseite liegenden M6-Gewinde.
Das Bearbeiten des Gehäusedeckels mit dem geringsten Arbeitsinhalt geschieht in zwei Aufspannungen. In der ersten wird die Grundfläche mit einem PKD-bestückten Messerkopf überfräst. Anschließend werden die auf der Unterseite liegenden beiden Verschraubungsflächen mit einem PKD-Schaftfräser bearbeitet. Nach dem Umspannen werden die Befestigungsbohrungen gebohrt und danach die Gewindebohrungen M18 x 1,5 und schließlich die Gewindebohrungen M26 x 1,5 hergestellt. 
Durch solche Maßnahmen und durch das Einsparen von Werkzeugwechselzeiten aufgrund der Nutzung von Kombinationswerkzeugen konnten günstige Zykluszeiten für die acht Werkstücke einer Spannvorrichtungsseite erzielt werden.  
Durch die Inanspruchnahme externer Fachkompetenz bei der Planung eines Fertigungskonzepts zur Komplettbearbeitung mehrerer Varianten eines Gehäusedeckels hat der Werkzeughersteller eine wirtschaftlich Lösung entwickelt. Sie ist auf die technischen Möglichkeiten der vom Auftraggeber neu gekauften Werkzeugmaschine optimal abgestimmt. Durch das Zusammenlegen mehrerer Arbeitsvorgänge in jeweils ein Werkzeug konnte Bearbeitungszeit und Werkzeugwechselzeit eingespart werden.  

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